淺談穿戴產(chǎn)品的動力--鋰電池

　　電池作為穿戴產(chǎn)品的動力來源，其選型及充放電電路設(shè)計(jì)滿足可生產(chǎn)性、EMC、EMI等認(rèn)證的技術(shù)規(guī)范要求，并且還需要工藝、技術(shù)、質(zhì)量、成本優(yōu)勢，這使得鋰電池選擇顯得很有意義。現(xiàn)在可穿戴產(chǎn)品使用的電池通常為鋰電池，這次以該類型的電池為主角進(jìn)行說明。

　　鋰離子(Li-ion)聚合物電池，供電電壓約3.7V，以含鋰氧化物作正極，以層狀碳嵌鋰取代傳統(tǒng)鋰原電池的金屬鋰作負(fù)極。他具有不可替代的優(yōu)勢應(yīng)用在可穿戴產(chǎn)品中，首先，輸出電壓3V ~ 4.2V;其次，它的工作溫度范圍寬為-20℃～60℃，充電溫度范圍0℃～50℃;再次是使用壽命長，循環(huán)壽命長一般均可達(dá)到500次以上，甚至1000次以上，而且，磷酸鐵鋰的可以達(dá)到2000次以上;還有其存儲期間自放電率低，室溫下充滿電的Li-ion儲存1個月后自放電率為5-10%左右，并且沒有電池記憶效應(yīng)(這在十幾年前手機(jī)鋰電池需要三充三放并且充滿的情形形成了鮮明的對比，讓我們感慨科技發(fā)展的同時也不小心透漏了我的年齡);最后，鋰電池不存在對環(huán)境有害的物質(zhì)而成為綠色電池的美譽(yù)，并且也可做成各種形狀，這在很大程度上在某些方面支持了當(dāng)今社會消費(fèi)類電子產(chǎn)品的發(fā)展(擺脫了電池形狀的限制)。

　　任何事物都有兩面性，這么優(yōu)秀的鋰電池也不例外，它具有一些弱點(diǎn)，例如與普通電池的相容性差，與普通的干電池替換不方便，其次鋰聚合物電池多次充放電會有膨脹，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時需預(yù)留給電池一定的膨脹空間，相信給手機(jī)充爆電池的朋友深有體會。還有一個最重要的方面就是使用鋰電池時，必須有特殊的保護(hù)電路，以防止過充、過放、過流。

　　相比于其他類型的充電電池，現(xiàn)在將鋰電池與其做各方面的對比：

　　鋰聚合物電池除了增加防止過充、過放、過載的保護(hù)電路外，內(nèi)部還增加排氣孔，在殼體表面劃出一條比殼體表面厚度稍微薄一點(diǎn)的線或孔，當(dāng)電芯短路時，電池內(nèi)部短時間內(nèi)將產(chǎn)生大量氣體并迅速增大壓強(qiáng)，當(dāng)壓力過載時，因排氣孔薄于殼體其余地方，氣體便從排氣孔處泄氣，避免電池內(nèi)部壓強(qiáng)過大，從而達(dá)到避免電芯整體爆炸的危險。

　　鋰聚合物電池內(nèi)部的隔膜，有較高的抗穿刺強(qiáng)度，防止內(nèi)部短路;隔膜在電池內(nèi)部溫度過高時還能融化，以防止電池爆炸。當(dāng)電池內(nèi)部溫度達(dá)到130℃以上時，隔膜的網(wǎng)狀孔將閉合，阻止鋰離子通過，升高內(nèi)阻(至2kΩ)，以達(dá)到阻止電芯內(nèi)部溫度繼續(xù)升高的作用，從而保護(hù)電芯。排氣孔、隔膜一旦激活，將使電池永久失效。

　　一般情況下，供應(yīng)商提供的鋰電池都具有電池保護(hù)電路，該電路可以完成對鋰電池的過充、過放和過載等方面的保護(hù)。如下圖所示：

　　上圖是很經(jīng)典的鋰電池保護(hù)電路，該電路可以完成鋰電池的過充、過放和過載的保護(hù)，幾個關(guān)鍵的管腳DO、CO和VM通過在不同的情形下產(chǎn)生不同的電平控制雙N溝道MOS管的導(dǎo)通與否，而產(chǎn)生相應(yīng)的變化，使得保護(hù)得到進(jìn)行?，F(xiàn)在有鋰電池保護(hù)芯片將二者做在一起形成一個集成的IC。

　　另一方面，在對鋰電池進(jìn)行充電部分，現(xiàn)在經(jīng)常采用集成IC進(jìn)行設(shè)計(jì)，比如BQ2057、BQ24025等。典型應(yīng)用電路如下：

　　該芯片采用不同的外圍電路實(shí)現(xiàn)不同的充電效果，如何選擇，需要依據(jù)實(shí)際情況而定。作為EE一定要恪守適合是最好的設(shè)計(jì)，不可為了彰顯自己的水平而采用不適合的電路設(shè)計(jì)，這些方面相信企業(yè)的老板更喜歡適合的選擇，這畢竟關(guān)系到公司利潤。

　　該芯片支持USB和外部adapter兩種工作模式，如果將接口變?yōu)榻y(tǒng)一的USB接口并設(shè)計(jì)區(qū)分電路，那么就可以用一個接口完成兩種模式下的充電管理，比如采用MOSFET或者電子開關(guān)。

　　更多的充電管理芯片請查閱相關(guān)芯片網(wǎng)站和設(shè)計(jì)應(yīng)用。

　　可穿戴產(chǎn)品要通過一些認(rèn)證，這兩部分是必不可少的，做好這兩部分是首要工作，如果缺少其中一項(xiàng)，就會產(chǎn)生讓人后悔的結(jié)果。這一般情況下不會出現(xiàn)在消費(fèi)類電子產(chǎn)品的正規(guī)產(chǎn)品中，對于DIY用戶，這兩點(diǎn)要特別注意，不可為了節(jié)約一點(diǎn)點(diǎn)費(fèi)用而后悔莫及。